JP6387926B2 - Laser welding method - Google Patents
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Description
この発明は、オートフォーカス機能を備えたレーザ溶接装置を使用したレーザ溶接方法に関する。 The present invention relates to a laser welding method using a laser welding apparatus having an autofocus function.
従来より、複数の部材を接合して１つの溶接構造体を製造するために、レーザ光を用いたレーザ溶接が行われている。このようなレーザ溶接による製品として、例えば、電池がある。電池は、一般的に、ケースの内部に正負の電極板よりなる電極体が収容されている。この種の電池の製造工程では、電極体を、ケース本体の開口部から内部へ収容した後、開口部を蓋板で塞ぎ、ケース本体と蓋板との境目をレーザ溶接により接合することがある。 Conventionally, laser welding using laser light has been performed in order to manufacture a single welded structure by joining a plurality of members. An example of such a laser welding product is a battery. A battery generally contains an electrode body made of positive and negative electrode plates inside a case. In the manufacturing process of this type of battery, after the electrode body is accommodated from the opening of the case body to the inside, the opening is closed with a cover plate, and the boundary between the case body and the cover plate may be joined by laser welding. .
この種のレーザ溶接方法として、例えば、下記の特許文献１に記載される技術が知られている。この技術では、ケース本体の開口部に蓋板を嵌入し、蓋板とケース本体との境目をレーザ溶接するようになっている。その際、境目の一部を仮止めした後、境目の全周を本溶接（１周溶接）するようになっている。このようなレーザ溶接を複数のケースにつき順次行うようになっている。 As this type of laser welding method, for example, a technique described in Patent Document 1 below is known. In this technique, a lid plate is fitted into the opening of the case body, and the boundary between the lid plate and the case body is laser welded. At this time, after temporarily fixing a part of the boundary, the entire circumference of the boundary is subjected to main welding (one round welding). Such laser welding is sequentially performed for a plurality of cases.
ここで、高出力、小スポット径で１周溶接を行うと、レーザ溶接装置を構成する光学系部品の温度が上昇し、光学系部品が熱膨張してレーザ光の焦点がずれるおそれがある。そこで、１周溶接の直前にオート・フォーカス（ＡＦ）を行ってレーザ光の焦点を合わせ、１周溶接する間にレーザ光の焦点ずれを一定量見込んで１周溶接をすることが考えられる。ここで、光学系部品として、レーザ光の出力部に設けられ、レーザ光が透過する保護ガラスや光学系内のレンズを想定することができる。 Here, if one round welding is performed with a high output and a small spot diameter, the temperature of the optical system components constituting the laser welding apparatus rises, and the optical system components may thermally expand and the focus of the laser beam may shift. Therefore, it is conceivable to perform auto-focusing (AF) immediately before one round welding to focus the laser beam and perform one round welding with a certain amount of laser beam defocusing expected during one round welding. Here, as an optical system component, a protective glass or a lens in the optical system that is provided at the laser light output section and transmits the laser light can be assumed.
ところが、特許文献１に記載のレーザ溶接方法では、レーザ溶接装置により溶接を開始したとき（溶接開始時）と、ある程度の時間が経過したとき（溶接安定時）とで、保護ガラスやレンズの温度が異なり、熱膨張や屈折率に違いが生じる。この熱膨張の違いにより、１周溶接する間のレーザ光の焦点ずれ量が異なることから、その焦点ずれを一定量見込んでも、焦点にずれが発生するおそれがある。 However, in the laser welding method described in Patent Document 1, the temperature of the protective glass and the lens when welding is started by the laser welding apparatus (when welding is started) and when a certain amount of time has passed (when welding is stable). Differ, resulting in differences in thermal expansion and refractive index. Due to this difference in thermal expansion, the amount of laser beam defocusing during one round of welding is different, so even if a certain amount of defocus is expected, there is a risk of defocusing.
ここで、保護ガラスやレンズの温度が安定するまでレーザ溶接装置を暖機運転してから、１周溶接することが考えられる。しかし、この場合、保護ガラスの温度が安定する領域になっても、１周溶接する間に上がる温度と、ケース本体の位置決めをする間に下がる温度とがバランスするだけで、１周溶接する間には焦点ずれが発生する。また、保護ガラスの汚れなどによりその温度上昇の程度が異なることから、レーザ光の焦点ずれ量も変わることがある。 Here, it is conceivable that the laser welding apparatus is warmed up until the temperature of the protective glass or lens is stabilized, and then welded once. However, in this case, even if the temperature of the protective glass becomes a stable region, the temperature that rises during one round welding and the temperature that falls during positioning of the case body only balance, and during one round welding Defocus occurs. Further, since the degree of the temperature rise varies depending on the dirt of the protective glass, the amount of defocus of the laser beam may also change.
図９に、溶接開始からの時間経過に対する焦点ずれ量の変化をグラフにより示す。図９中、太線は保護ガラスの温度上昇が大きい場合を示し、破線は保護ガラスの温度上昇が小さい場合を示す。また、図９の鎖線四角Ｓ１の中を、図１０に拡大したグラフにより示す。図９の鎖線四角Ｓ２の中を、図１１に拡大したグラフにより示す。更に、図９の鎖線四角Ｓ３の中を、図１２に拡大したグラフにより示す。図１０では、温度上昇が小さい場合の方が、温度上昇が大きい場合よりも、１周溶接する間のレーザ光の焦点ずれ量ＱＦが小さいことがわかる。図１１と図１２の間でも同様である。 FIG. 9 is a graph showing a change in the amount of defocus with respect to time elapsed from the start of welding. In FIG. 9, the thick line shows the case where the temperature rise of the protective glass is large, and the broken line shows the case where the temperature rise of the protective glass is small. Moreover, the inside of the chain line square S1 of FIG. 9 is shown by the enlarged graph in FIG. The chain line square S2 in FIG. 9 is shown by an enlarged graph in FIG. Furthermore, the inside of the chain line square S3 in FIG. 9 is shown by the enlarged graph in FIG. In FIG. 10, it can be seen that the defocus amount QF of the laser beam during one round welding is smaller when the temperature rise is smaller than when the temperature rise is large. The same applies between FIG. 11 and FIG.
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、本溶接時に保護ガラスの温度変化によるレーザ光の焦点ずれを抑制することを可能としたレーザ溶接方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a laser welding method capable of suppressing defocusing of laser light due to a temperature change of the protective glass during main welding. is there.
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明のレーザ溶接方法は、レーザ光を出力する光学系をワークに対し移動させることによりレーザ光をオートフォーカスする機能を備えたレーザ溶接装置を使用し、光学系はレーザ光の出力部にレーザ光が透過する保護ガラスを備え、ワークの溶接狙いライン上にてレーザ光をオートフォーカスさせながら複数のワークにつき同一手順でレーザ光により溶接を行うレーザ溶接方法であって、同一の手順は、光学系に対しワークを位置決めすることと、位置決め後に光学系をワークに対して移動させることによりレーザ光を溶接狙いラインに対しオートフォーカスすることと、オートフォーカスと同時又は前後して保護ガラスの温度を測定することと、温度測定の後にレーザ溶接装置を使用して溶接狙いラインの一部をレーザ光により仮止め溶接することと、仮止め溶接の後に保護ガラスの温度を再び測定することと、仮止め溶接の前に測定された保護ガラスの温度と仮止め溶接の後に測定された保護ガラスの温度との温度差を算出すると共に、仮止め溶接の前にオートフォーカスしたときの光学系の位置と、算出された温度差とに基づきレーザ光の焦点ずれ予測値を算出することと、算出された焦点ずれ予測値に基づきオートフォーカスを補正しながらレーザ溶接装置を使用して溶接狙いラインの全部をレーザ光により本溶接することとを備えたことを趣旨とする。 In order to achieve the above object, a laser welding method according to a first aspect of the present invention provides a laser welding apparatus having a function of autofocusing laser light by moving an optical system that outputs laser light relative to a workpiece. The optical system is equipped with a protective glass that allows the laser beam to pass through the laser beam output part, and welding is performed with the laser beam in the same procedure for a plurality of workpieces while autofocusing the laser beam on the workpiece welding target line. Laser welding method, the same procedure is to position the workpiece with respect to the optical system, to move the optical system with respect to the workpiece after positioning, to autofocus the laser beam to the welding target line, Measure the temperature of the protective glass simultaneously with or before and after autofocus, and use a laser welding device after the temperature measurement Temporarily fix a part of the target line with laser light, measure the temperature of the protective glass again after temporary fixing, and the temperature of the protective glass measured before temporary fixing Calculate the temperature difference with the temperature of the protective glass measured later, and calculate the defocus predicted value of the laser beam based on the position of the optical system when autofocusing before temporary welding and the calculated temperature difference. It is intended to include calculating and performing main welding of the entire welding target line with laser light using a laser welding apparatus while correcting autofocus based on the calculated defocus predicted value.
上記発明の構成によれば、仮止め溶接前にオートフォーカスしたときの光学系の位置と、仮止め溶接前後の保護ガラスの温度差とに基づき、本溶接でずれる焦点ずれ予測値を算出し、その焦点ずれ予測値に基づきオートフォーカスを補正しながら本溶接を行うようになっている。従って、本溶接中に保護ガラスがレーザ光の透過により熱膨張しても、その熱膨張を想定した焦点ずれ予測値に基づき、レーザ光のオートフォーカスが補正されながら溶接狙いラインに沿って本溶接が行われる。 According to the configuration of the present invention, based on the position of the optical system when autofocusing before temporary fixing welding and the temperature difference between the protective glass before and after temporary fixing welding, the defocus predicted value that is shifted in the main welding is calculated, The main welding is performed while correcting the autofocus based on the predicted defocus value. Therefore, even if the protective glass is thermally expanded due to the transmission of laser light during the main welding, the main welding is performed along the welding target line while correcting the autofocus of the laser light based on the predicted defocus value assuming the thermal expansion. Is done.
請求項１に記載の発明によれば、本溶接時に保護ガラスの温度変化によるレーザ光の焦点ずれを抑制することができ、溶接品質の変動を少なくすることができる。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to suppress defocusing of the laser beam due to a temperature change of the protective glass during the main welding, and it is possible to reduce a variation in welding quality.
以下、本発明のレーザ溶接方法を具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the laser welding method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、レーザ溶接の対象物である電池について説明する。図１に、レーザ溶接が行われた電池１を斜視図により示す。図２に、レーザ溶接が行われた電池１を平面図により示す。図１、図２に示すように、電池１は、扁平な箱形をなし、その上面に正極端子２と負極端子３が設けられる。電池１は，正極端子２と負極端子３を介して充放電を行う二次電池として構成される。この電池１として、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池を例示することができる。 First, a battery that is an object of laser welding will be described. FIG. 1 is a perspective view of a battery 1 on which laser welding has been performed. FIG. 2 is a plan view showing the battery 1 subjected to laser welding. As shown in FIGS. 1 and 2, the battery 1 has a flat box shape, and a positive electrode terminal 2 and a negative electrode terminal 3 are provided on the upper surface thereof. The battery 1 is configured as a secondary battery that charges and discharges via a positive electrode terminal 2 and a negative electrode terminal 3. Examples of the battery 1 include a lithium ion secondary battery and a nickel metal hydride battery.
電池１は、ケース本体４と、ケース本体４の開口部５を塞ぐ蓋板６とを含む。ケース本体４と蓋板６はアルミニウムより形成される。ケース本体４の内部には、正負の電極板よりなる電極体や電解液などが収容されている。正極端子２と負極端子３は、蓋板６に設けられる。また、蓋板６には、ケース本体４の中へ電解液を注入するための注液口を封止する封止部材７が設けられる。 The battery 1 includes a case body 4 and a cover plate 6 that closes the opening 5 of the case body 4. The case body 4 and the cover plate 6 are made of aluminum. The case body 4 contains an electrode body made of positive and negative electrode plates, an electrolytic solution, and the like. The positive electrode terminal 2 and the negative electrode terminal 3 are provided on the lid plate 6. Further, the lid plate 6 is provided with a sealing member 7 for sealing a liquid injection port for injecting an electrolytic solution into the case body 4.
ケース本体４と蓋板６は、レーザ溶接により接合されている。すなわち、ケース本体４の開口部５内に蓋板６が嵌め込まれ、開口部５と蓋板６の外縁を溶接狙いラインとしてレーザ溶接が行われて接合されている。図１、図２に示すように、レーザ溶接による溶接痕８は、蓋板６の外縁に沿って形成され、全体として細長な矩形をなしている。この溶接痕８の軌跡が、溶接前における溶接狙いラインと整合している。 The case body 4 and the cover plate 6 are joined by laser welding. That is, the cover plate 6 is fitted into the opening 5 of the case body 4, and laser welding is performed to join the outer edge of the opening 5 and the cover plate 6 to the welding target line. As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the welding mark 8 by laser welding is formed along the outer edge of the cover plate 6, and forms an elongated rectangle as a whole. The locus of the welding mark 8 is aligned with the welding target line before welding.
次に、レーザ溶接に使用されるレーザ溶接装置について説明する。図３に、レーザ溶接装置４０を概略図により示す。図３に示すように、レーザ溶接装置４０は、レーザ発振器１１とオートフォーカス（ＡＦ）機能を備えた光学系としてのガルバノスキャナ１２と、レーザ発振器１１とガルバノスキャナ１２を制御するためのコントローラ１３とを備える。ガルバノスキャナ１２は、光ファイバ２１、コリメートレンズ２２、第１全反射ミラー２３、第２全反射ミラー２４、Ｚレンズ２５、集光レンズ２６、保護ガラス２７及びＡＦユニット２８を備える。光ファイバ２１、コリメートレンズ２２、Ｚレンズ２５及び第１全反射ミラー２３は同軸（Ｙ軸）上に配置され、第１全反射ミラー２３、集光レンズ２６及び第２全反射ミラー２４はＹ軸と直交する別の同軸（Ｘ軸）上に配置される。ＡＦユニット２８は、ハーフミラー２９を備え、そのハーフミラー２９が、Ｙ軸上にて、コリメートレンズ２２とＺレンズ２５との間に配置される。保護ガラス２７は、レーザ光の出力部に設けられ、レーザ光ＬＢが透過するようになっている。 Next, a laser welding apparatus used for laser welding will be described. FIG. 3 schematically shows the laser welding apparatus 40. As shown in FIG. 3, the laser welding apparatus 40 includes a laser oscillator 11 and a galvano scanner 12 as an optical system having an autofocus (AF) function, and a controller 13 for controlling the laser oscillator 11 and the galvano scanner 12. Is provided. The galvano scanner 12 includes an optical fiber 21, a collimating lens 22, a first total reflection mirror 23, a second total reflection mirror 24, a Z lens 25, a condenser lens 26, a protective glass 27, and an AF unit 28. The optical fiber 21, the collimating lens 22, the Z lens 25, and the first total reflection mirror 23 are arranged on the same axis (Y axis), and the first total reflection mirror 23, the condenser lens 26, and the second total reflection mirror 24 are arranged on the Y axis. Are arranged on another coaxial line (X axis) orthogonal to each other. The AF unit 28 includes a half mirror 29, and the half mirror 29 is disposed between the collimating lens 22 and the Z lens 25 on the Y axis. The protective glass 27 is provided at the laser light output section so that the laser light LB is transmitted therethrough.
コリメートレンズ２２は、レーザ発振器１１より発せられ、光ファイバ２１を通じて入射したレーザ光を平行状態に調整するようになっている。Ｚレンズ２５は、本溶接として閉塞したループ状の１周溶接をする際のレーザ光の焦点ずれを補正するために使用され、モータ（図示略）により駆動され、Ｙ軸方向に沿って移動可能に構成される。ＡＦユニット２８は、レーザ光ＬＢのフォーカスが合っているかの適合信号を出力するユニットである。第１全反射ミラー２３は、固定式ミラーであり、その反射角度は固定されている。第２全反射ミラー２４は、Ｘ軸ミラーとＹ軸ミラーを含み（一方のみ図示した。）、各ミラーがそれぞれモータ（図示略）により回転されることで角度が調整されるようになっている。 The collimator lens 22 adjusts the laser beam emitted from the laser oscillator 11 and incident through the optical fiber 21 to a parallel state. The Z lens 25 is used to correct a laser beam defocus when looped one-round welding is closed as main welding, is driven by a motor (not shown), and can move along the Y-axis direction. Configured. The AF unit 28 is a unit that outputs a matching signal as to whether the laser beam LB is in focus. The first total reflection mirror 23 is a fixed mirror, and its reflection angle is fixed. The second total reflection mirror 24 includes an X-axis mirror and a Y-axis mirror (only one is shown), and the angle is adjusted by each mirror being rotated by a motor (not shown). .
そして、ガルバノスキャナ１２は、第２全反射ミラー２４の回転によりレーザ光ＬＢを溶接狙いラインに沿って正確に照射する、すなわちレーザ光による走査を高速で行うようになっている。この実施形態では、第２全反射ミラー２４を適宜回転させることにより、溶接狙いラインに沿ってレーザ光ＬＢを１周照射して１周溶接を行うようになっている。 The galvano scanner 12 accurately irradiates the laser beam LB along the welding target line by the rotation of the second total reflection mirror 24, that is, performs scanning with the laser beam at high speed. In this embodiment, by rotating the second total reflection mirror 24 as appropriate, the laser beam LB is irradiated once around the welding target line to perform one round welding.
この実施形態で、ガルバノスキャナ１２は、電池１となるワーク１０に対して同スキャナ１２を上下へ移動させるための駆動機構３０と、同スキャナ１２の上下位置を検出できる機能を有する。また、電池１の近傍には、レーザ光ＬＢの波長と同じ波長を有する光を溶接部（溶接狙いライン等）に照射するためのライト３１が設置される。また、ガルバノスキャナ１２の下側には、保護ガラス２７の温度を測定するためのサーモグラフィ３２が設けられる。サーモグラフィ３２は、コントローラ１３に接続される。 In this embodiment, the galvano scanner 12 has a drive mechanism 30 for moving the scanner 12 up and down with respect to the workpiece 10 serving as the battery 1 and a function of detecting the vertical position of the scanner 12. Further, a light 31 for irradiating a welded portion (welding target line or the like) with light having the same wavelength as that of the laser beam LB is installed near the battery 1. A thermography 32 for measuring the temperature of the protective glass 27 is provided below the galvano scanner 12. The thermography 32 is connected to the controller 13.
この実施形態で、１周溶接の際にレーザ光をＡＦするときの焦点ずれは、ＡＦユニット２８を含むガルバノスキャナ１２全体を駆動機構３０によりワーク１０に対して上下へ移動させることで調整するようになっている。この実施形態では、ガルバノスキャナ１２において、保護ガラス２７が、レーザ光ＬＢの透過により加熱されて熱膨張し、レーザ光ＬＢのＡＦに焦点ずれが生じるおそれがある。そこで、保護ガラス２７の熱膨張に起因するレーザ光ＬＢの焦点ずれを抑えるために、レーザ溶接装置４０を使用して特定のレーザ溶接方法を実施するようになっている。図４に、そのレーザ溶接方法の手順をフローチャートにより示す。 In this embodiment, the defocus when the laser beam is AF during one round welding is adjusted by moving the entire galvano scanner 12 including the AF unit 28 up and down with respect to the workpiece 10 by the drive mechanism 30. It has become. In this embodiment, in the galvano scanner 12, the protective glass 27 is heated and thermally expanded by the transmission of the laser beam LB, and there is a possibility that the AF of the laser beam LB is defocused. Therefore, in order to suppress the defocusing of the laser beam LB due to the thermal expansion of the protective glass 27, a specific laser welding method is performed using the laser welding device 40. FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the laser welding method.
先ず、ステップ１で、ガルバノスキャナ１２に対し一定距離にワーク１０を位置決めする。すなわち、図３に示すように、ガルバノスキャナ１２の真下にて、同スキャナ１２に対し一定距離を保ちながらワーク１０を固定する。 First, in step 1, the workpiece 10 is positioned at a certain distance with respect to the galvano scanner 12. That is, as shown in FIG. 3, the workpiece 10 is fixed while maintaining a certain distance with respect to the scanner 12 just below the galvano scanner 12.
次に、ステップ２で、ガルバノスキャナ１２全体の上下位置でＡＦする。すなわち、駆動機構３０を動作させてガルバノスキャナ１２のワーク１０に対する上下位置を調整することにより、レーザ光ＬＢをワーク１０の溶接狙いラインに対しＡＦする。ここで、「ＡＦする」とは、ＡＦユニット２８から出力され、位相差によりレーザ光ＬＢのフォーカスが合っているか否かを示す適合信号を使用することで、ガルバノスキャナ１２全体を上下へ移動させてレーザ光ＬＢの焦点ずれを補正することを意味する。 Next, in step 2, AF is performed at the vertical position of the entire galvano scanner 12. That is, by operating the drive mechanism 30 to adjust the vertical position of the galvano scanner 12 with respect to the workpiece 10, the laser beam LB is focused on the welding target line of the workpiece 10. Here, “to perform AF” moves the entire galvano scanner 12 up and down by using a matching signal output from the AF unit 28 and indicating whether or not the laser beam LB is in focus due to the phase difference. This means that the defocus of the laser beam LB is corrected.
次に、ステップ３で、仮止め溶接前の保護ガラス２７の温度（仮止め前温度）を検出する。この温度は、サーモグラフィ３２により検出することができる。 Next, in step 3, the temperature of the protective glass 27 before temporary fixing welding (temperature before temporary fixing) is detected. This temperature can be detected by the thermography 32.
次に、ステップ４で、仮止め溶接をする。すなわち、レーザ溶接装置４０を動作させて、溶接狙いライン上の所定の仮止め位置をスポット的に溶接する。この実施形態では、例えば、図５に示すように、溶接狙いラインＬＴ上に破線で示す４つの仮止め位置ＰＴにて仮止め溶接を行うことができる。図５は、溶接前のワーク１０を示す平面図である。 Next, in step 4, temporary welding is performed. That is, the laser welding apparatus 40 is operated to spot-weld a predetermined temporary fixing position on the welding target line. In this embodiment, for example, as shown in FIG. 5, temporary fixing welding can be performed at four temporary fixing positions PT indicated by broken lines on the welding target line LT. FIG. 5 is a plan view showing the workpiece 10 before welding.
次に、ステップ５で、仮止め溶接後の保護ガラス２７の温度（仮止め後温度）を検出する。この温度も、サーモグラフィ３２により検出することができる。 Next, in step 5, the temperature of the protective glass 27 after temporary fixing welding (temperature after temporary fixing) is detected. This temperature can also be detected by the thermography 32.
次に、ステップ６で、仮止め溶接前後の保護ガラス２７の温度差を算出する。すなわち、仮止め後温度と仮止め前温度との温度差ΔＴを算出する。この計算は、コントローラ１３が行うことができる。 Next, in step 6, the temperature difference of the protective glass 27 before and after temporary fixing welding is calculated. That is, a temperature difference ΔT between the temperature after temporary fixing and the temperature before temporary fixing is calculated. This calculation can be performed by the controller 13.
次に、ステップ７で、ＡＦ位置Ｄ１と保護ガラス２７の温度差ΔＴとの情報に基づき、ＡＦ位置Ｄ１からの１周溶接開始時の焦点ずれ量（溶接開始時焦点ずれ量）ＦＧＳと、１周溶接する間の焦点ずれ予測値（１周溶接焦点ずれ予測値）ＥＦＧを算出する。この計算は、コントローラ１３が行うことができる。ここで、「ＡＦ位置Ｄ１」とは、ＡＦユニット２８からの適合信号を使い、ガルバノスキャナ１２全体をワーク１０に対して上下へ移動させてレーザ光ＬＢの焦点ずれを補正したときの同スキャナ１２の上下位置（保護ガラス２７の上下位置でもある。）の情報を意味する。「１周溶接」は、溶接狙いラインＬＴに沿ってレーザ光ＬＢを１周照射することによりレーザ溶接を行うことを意味し、本発明の本溶接に相当する。また、「１周溶接開始」とは、溶接狙いラインＬＴ上のある開始位置ＰＳ（図５参照）からレーザ溶接を開始することを意味する。従って、溶接開始時焦点ずれ量ＦＧＳは、ステップ２でＡＦしたときと、１周溶接を開始するときとの時間差で生じる焦点ずれ量を意味する。 Next, in step 7, based on the information on the AF position D1 and the temperature difference ΔT between the protective glass 27, the amount of defocus at the start of one-round welding from the AF position D1 (defocus amount at the start of welding) FGS, A predicted defocus value (circumferential weld defocus predicted value) EFG during circumferential welding is calculated. This calculation can be performed by the controller 13. Here, the “AF position D1” means that the matching signal from the AF unit 28 is used to move the entire galvano scanner 12 up and down with respect to the workpiece 10 to correct the defocus of the laser beam LB. Information on the vertical position (also the vertical position of the protective glass 27). “One-round welding” means that laser welding is performed by irradiating the laser beam LB once along the welding target line LT, and corresponds to the main welding of the present invention. Further, “one-round welding start” means that laser welding is started from a certain start position PS (see FIG. 5) on the welding target line LT. Therefore, the defocus amount FGS at the start of welding means a defocus amount generated due to a time difference between when AF is performed in Step 2 and when one-round welding is started.
ここで、溶接開始時焦点ずれ量ＦＧＳは、例えば、以下の式（１）で計算することができる。また、１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧは、例えば、以下の式（２）で計算することができる。
ＦＧＳ＝０.０２×Ｄ１＋０.１２３×ΔＴ ・・・式（１）
ＥＦＧ＝０.６２×Ｄ１＋１.８６×ΔＴ ・・・式（２）
Here, the defocus amount FGS at the start of welding can be calculated by the following equation (1), for example. Moreover, the 1 round welding focus shift | offset | difference estimated value EFG is computable with the following formula | equation (2), for example.
FGS = 0.02 × D1 + 0.123 × ΔT Equation (1)
EFG = 0.62 × D1 + 1.86 × ΔT Equation (2)
次に、ステップ８で、ステップ７で算出された１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧに対し焦点ずれが小さい溶接プログラムを選択する。この選択は、コントローラ１３が行うことができる。ここで、「溶接プログラム」とは、１周溶接するときの軌道、レーザ出力、走査速度及びＺレンズ２５の位置についてプログラムしたものを意味する。従って、「１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧに対し焦点ずれが小さい溶接プログラムを選択する」とは、同予測値ＥＦＧをもとに自動で１周溶接するときの溶接プログラムをそのときどきで作成するには時間がかかるので、ＡＦ位置Ｄ１から１周溶接を開始するときの焦点ずれ量と、１周溶接する間の焦点ずれ量との組み合わせを予め何通りか「溶接プログラム」として作成しておく。そして、これら溶接プログラムにつき、算出された１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧに最も近い予測値を有する溶接プログラムを選ぶことを意味する。 Next, in step 8, a welding program having a small defocus relative to the one-round welding defocus predicted value EFG calculated in step 7 is selected. This selection can be made by the controller 13. Here, the “welding program” means a program programmed with respect to the trajectory, laser output, scanning speed, and position of the Z lens 25 when welding once. Accordingly, “selecting a welding program with a small defocus relative to the one-round welding defocus predicted value EFG” means that a welding program for automatically performing one round welding based on the predicted value EFG is created from time to time. Since it takes time, several combinations of defocus amounts when starting one round welding from the AF position D1 and defocus amounts during one round welding are created in advance as “welding programs”. . It means that a welding program having a predicted value closest to the calculated one-round welding defocus predicted value EFG is selected for these welding programs.
この実施形態では、溶接開始時焦点ずれ量と１周溶接焦点ずれ予測値につき、「０.２（ｍｍ）」毎に設定された焦点ずれ量と焦点ずれ予測値を含む溶接プログラムを予め準備している。すなわち、ＡＦ位置Ｄ１からの溶接開始時焦点ずれ量を、例えば、「−１.０（ｍｍ）」から「＋１.０（ｍｍ）」まで「０.２（ｍｍ）」毎に設定すると共に、１周溶接焦点ずれ予測値を、「０.０（ｍｍ）」から「２.０（ｍｍ）」まで「０.２（ｍｍ）」毎に設定し、それらを組み合わせることにより予め複数の溶接プログラムを準備している。 In this embodiment, a welding program including a defocus amount and a defocus predicted value set for each “0.2 (mm)” is prepared in advance for the defocus amount at the start of welding and the predicted defocus value for one round of welding. ing. That is, the amount of defocus at the start of welding from the AF position D1 is set for each “0.2 (mm)” from “−1.0 (mm)” to “+1.0 (mm)”, for example. One round welding defocus prediction value is set for each “0.2 (mm)” from “0.0 (mm)” to “2.0 (mm)”, and a plurality of welding programs are combined in advance by combining them. Are preparing.
次に、ステップ９で、１周溶接する間、Ｚレンズ２５を移動調整しながら溶接する。すなわち、１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧを見込み、１周溶接する間もＺレンズ２５をＹ軸方向へ移動させて焦点ずれを補正しながらレーザ溶接を行う。 Next, in Step 9, welding is performed while adjusting the movement of the Z lens 25 during one round welding. That is, expecting the one-round welding defocus prediction value EFG, laser welding is performed while correcting the defocus by moving the Z lens 25 in the Y-axis direction during one round welding.
そして、ステップ１０で、溶接終了後にワーク１０を次のワーク１０と交換した後、ステップ１へ戻す。 In step 10, after the welding is completed, the workpiece 10 is replaced with the next workpiece 10, and then the process returns to step 1.
図６に、溶接開始からの時間と保護ガラス温度（太線）及び焦点ずれ予測値（実線）との関係をグラフにより示す。また、図７に、焦点ずれ安定後の（ａ）保護ガラス温度及び（ｂ）焦点ずれ予測値の変化をグラフにより示す。図６に示すように、保護ガラス温度及び焦点ずれ予測値は、溶接開始からの時間経過に伴ってそれぞれ増加するが、ある時間を過ぎるとそれぞれ増加が少なくなり焦点ずれが安定することがわかる。図７に示すように、（ａ）保護ガラス温度と（ｂ）焦点ずれ予測値は、「ワーク交換位置決め」、「溶接準備」、「仮止め溶接」、「溶接準備」及び「１周溶接」の一連の作業を繰り返す毎に減増を繰り返すことがわかる。この実施形態では、図７に示すように、「ワーク交換位置決め」直後の時刻ｔ１で、「温度測定１」（保護ガラス２７の１回目温度測定）を行い、それと同時に「ＡＦ」を実施する。その後、「溶接準備」と「仮止め溶接」の後の時刻ｔ２で、「温度測定２」（保護ガラス２７の２回目温度測定）を行うようになっている。そして、ＡＦによるＡＦ位置Ｄ１と、温度測定１と温度測定２の結果情報に基づき、その後の時刻ｔ３〜時刻ｔ４の間の「１周溶接」における焦点ずれ予測値を算出するようになっている。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the time from the start of welding, the protective glass temperature (thick line), and the predicted defocus value (solid line). FIG. 7 is a graph showing changes in (a) protective glass temperature and (b) predicted defocus value after defocus stabilization. As shown in FIG. 6, the protective glass temperature and the predicted defocus value increase with the lapse of time from the start of welding, but after a certain time, the increase decreases and the defocus is stabilized. As shown in FIG. 7, (a) the protective glass temperature and (b) the defocus predicted value are “work replacement positioning”, “welding preparation”, “temporary welding”, “welding preparation”, and “one-round welding”. It can be seen that the increase and decrease are repeated each time the series of operations is repeated. In this embodiment, as shown in FIG. 7, “time measurement 1” (first temperature measurement of the protective glass 27) is performed at time t1 immediately after “work replacement positioning”, and “AF” is performed at the same time. Thereafter, “temperature measurement 2” (second temperature measurement of the protective glass 27) is performed at time t2 after “welding preparation” and “temporary welding”. Then, based on the AF position D1 by AF and the result information of the temperature measurement 1 and the temperature measurement 2, a defocus prediction value in “one round welding” between the subsequent time t3 and the time t4 is calculated. .
ここで、上記した式（１）と式（２）を使用した溶接開始時焦点ずれ量ＦＧＳと１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧの計算例について説明する。ＡＦ位置Ｄ１を「５（ｍｍ）」、温度差ΔＴを「−１（℃）」とすると、式（１）より溶接開始時焦点ずれ量ＦＧＳは「−０.２２３（ｍｍ）」となり、式（２）より１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧは「１.２４（ｍｍ）」となる。この実施形態では、溶接開始時焦点ずれ量ＦＧＳと１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧにつき、それぞれ「０.２（ｍｍ）」毎に設定された値の組み合わによる溶接プログラムを準備している。従って、算出された溶接開始時焦点ずれ量ＦＧＳ「−０.２２３（ｍｍ）」に最も近い「−０.２（ｍｍ）」と、算出された１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧ「１.２４（ｍｍ）」に最も近い「１.２（ｍｍ）」との組み合わせによる溶接プログラムを選択することになる。 Here, a calculation example of the welding start defocus amount FGS and the one-round welding defocus prediction value EFG using the above formulas (1) and (2) will be described. When the AF position D1 is “5 (mm)” and the temperature difference ΔT is “−1 (° C.)”, the defocus amount FGS at the start of welding is “−0.223 (mm)” from the equation (1). From (2), the one-round welding defocus prediction value EFG is “1.24 (mm)”. In this embodiment, a welding program is prepared with combinations of values set for each “0.2 (mm)” for the welding start defocus amount FGS and the one-round welding defocus prediction value EFG. Therefore, “−0.2 (mm)” closest to the calculated welding start defocus amount FGS “−0.223 (mm)” and the calculated one-round welding defocus predicted value EFG “1.24”. The welding program based on the combination with “1.2 (mm)” closest to (mm) ”is selected.
図８に、図５に示すように、溶接狙いラインＬＴに沿って１周溶接したときの、区間１〜区間１０の各区間におけるＺ位置を表に示す。ここで、「Ｚ位置」とは、Ｚレンズ２５が所定の基準高さにあるときの焦点距離を「０」とし、それに対しＺレンズ２５をＹ軸方向へ移動させることで焦点距離をずらす量を意味する。例えば、表において、区間１でＺ位置が「−０.１４（ｍｍ）」となるのは、基準高さより焦点を遠い側へ「０.１４（ｍｍ）」ずらすことを意味する。また、区間１０でＺ位置が「０.９４（ｍｍ）」となるのは、基準高さより焦点を近い側へ「０.９４（ｍｍ）」ずらすことを意味する。ここでは、ＡＦ時にＺレンズ２５が基準高さに位置するようになっている。 FIG. 8 is a table showing the Z position in each of the sections 1 to 10 when welding once along the welding target line LT as shown in FIG. Here, the “Z position” is an amount by which the focal length when the Z lens 25 is at a predetermined reference height is “0”, and the focal length is shifted by moving the Z lens 25 in the Y-axis direction. Means. For example, in the table, the Z position being “−0.14 (mm)” in section 1 means that the focal point is shifted by “0.14 (mm)” to the side farther from the reference height. Further, the Z position being “0.94 (mm)” in the section 10 means that the focal point is shifted by “0.94 (mm)” to the side closer to the reference height. Here, the Z lens 25 is positioned at the reference height during AF.
以上説明したようにこの実施形態のレーザ溶接方法は、レーザ光ＬＢを出力するガルバノスキャナ１２をワーク１０に対し移動させることによりレーザ光ＬＢをＡＦする機能を備えたレーザ溶接装置４０を使用し、ガルバノスキャナ１２はレーザ光ＬＢの出力部にレーザ光ＬＢが透過する保護ガラス２７を備え、ワーク１０の溶接狙いラインＬＴ上にてレーザ光ＬＢをＡＦさせながら複数のワーク１０につき同一手順でレーザ光ＬＢにより溶接を行うようになっている。ここで、上記した同一の手順は、ガルバノスキャナ１２に対しワーク１０を位置決めすることと、その位置決め後にガルバノスキャナ１２をワーク１０に対して移動させることによりレーザ光ＬＢを溶接狙いラインＬＴに対しＡＦすることと、ＡＦと同時に保護ガラス２７の温度を測定することと、その温度測定の後にレーザ溶接装置４０を使用して溶接狙いラインＬＴの一部をレーザ光ＬＢにより仮止め溶接することと、その仮止め溶接の後に保護ガラス２７の温度を再び測定することと、仮止め溶接の前に測定された保護ガラス２７の温度と仮止め溶接の後に測定された保護ガラス２７の温度との温度差ΔＴを算出すると共に、仮止め溶接の前にＡＦしたときのガルバノスキャナ１２の位置であるＡＦ位置Ｄ１と、算出された温度差ΔＴとに基づきレーザ光ＬＢの１周溶接焦点ずれ予測値ＥＦＧを算出することと、算出された焦点ずれ予測値ＥＦＧに基づきＡＦを補正しながらレーザ溶接装置４０を使用して溶接狙いラインＬＴの全部をレーザ光ＬＢにより１周溶接することとを備える。 As described above, the laser welding method of this embodiment uses the laser welding apparatus 40 having the function of AF of the laser beam LB by moving the galvano scanner 12 that outputs the laser beam LB with respect to the workpiece 10, The galvano scanner 12 is provided with a protective glass 27 through which the laser beam LB is transmitted at the output portion of the laser beam LB. The laser beam LB is AF on the welding target line LT of the workpiece 10 and the laser beam is irradiated in the same procedure for a plurality of workpieces 10. Welding is performed by LB. Here, the same procedure as described above is performed by positioning the workpiece 10 with respect to the galvano scanner 12 and moving the galvano scanner 12 with respect to the workpiece 10 after the positioning to cause the laser beam LB to be AF with respect to the welding target line LT. Measuring the temperature of the protective glass 27 at the same time as AF, temporarily fixing a part of the welding target line LT with the laser beam LB using the laser welding device 40 after the temperature measurement, The temperature difference between the temperature of the protective glass 27 measured after the temporary welding and the temperature of the protective glass 27 measured before the temporary welding and the temperature of the protective glass 27 measured after the temporary welding. In addition to calculating ΔT, the AF position D1, which is the position of the galvano scanner 12 when AF is performed before temporary fixing, and the calculated temperature difference ΔT Based on the calculation, the one-round welding defocus predicted value EFG of the laser beam LB is calculated, and the entire welding target line LT is calculated using the laser welding apparatus 40 while correcting the AF based on the calculated defocus predicted value EFG. Welding once with the laser beam LB.
よって、このレーザ溶接方法によれば、仮止め溶接前にＡＦしたときのガルバノスキャナ１２の位置（ＡＦ位置Ｄ１）と、仮止め溶接前後の保護ガラス２７の温度差ΔＴとに基づき、本溶接である１周溶接でずれる焦点ずれ予測値ＥＦＧを算出し、その焦点ずれ予測値ＥＦＧに基づきＡＦを補正しながら１周溶接を行うようになっている。従って、１周溶接中に保護ガラス２７がレーザ光ＬＢの透過により熱膨張しても、その熱膨張を想定した焦点ずれ予測値ＥＦＧに基づき、レーザ光ＬＢのＡＦが補正されながら溶接狙いラインＬＴに沿って１周溶接が行われる。このため、本溶接時である１周溶接時に保護ガラス２７の温度変化によるレーザ光ＬＢの焦点ずれを抑制することができ、その溶接品質の変動を少なくすることができる。 Therefore, according to this laser welding method, the main welding is performed based on the position of the galvano scanner 12 (AF position D1) when AF is performed before temporary fixing welding and the temperature difference ΔT of the protective glass 27 before and after temporary fixing welding. A predicted defocus value EFG that is deviated by one round welding is calculated, and one round welding is performed while correcting AF based on the defocus predicted value EFG. Therefore, even if the protective glass 27 is thermally expanded by the transmission of the laser beam LB during one round welding, the welding target line LT is corrected while the AF of the laser beam LB is corrected based on the defocus predicted value EFG assuming the thermal expansion. 1 round welding is performed. For this reason, the focus shift of the laser beam LB due to the temperature change of the protective glass 27 at the time of one round welding which is the main welding can be suppressed, and the fluctuation of the welding quality can be reduced.
なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することもできる。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A part of structure can also be changed suitably and implemented in the range which does not deviate from the meaning of invention.
例えば、前記実施形態では、閉塞したループ状の１周溶接を本溶接としたが、両端が開放された所定ライン状の溶接を本溶接とすることもできる。 For example, in the embodiment, the closed loop-shaped one-round welding is the main welding, but the predetermined line-shaped welding with both ends open may be the main welding.
前記実施形態では、電池１の近傍にレーザ光ＬＢの波長と同じ波長を有する光を溶接部に照射するためのライト３１を設置したが、このライト３１を省略し、レーザ光ＬＢを低出力で溶接部に照射するようにしてもよい。 In the embodiment, the light 31 for irradiating the weld with light having the same wavelength as that of the laser beam LB is provided in the vicinity of the battery 1. However, the light 31 is omitted and the laser beam LB is output at a low output. You may make it irradiate to a welding part.
この発明は、オートフォーカス機能を備えたレーザ溶接装置を使用したレーザ溶接方法に利用することができる。 The present invention can be used in a laser welding method using a laser welding apparatus having an autofocus function.
４ ケース本体
６ 蓋板
１０ ワーク
１１ レーザ発振器
１２ ガルバノスキャナ（光学系）
１３ コントローラ
２５ Ｚレンズ
２７ 保護ガラス
２８ ＡＦユニット
３２ サーモグラフィ
４０ レーザ溶接装置
ＬＢ レーザ光
ΔＴ 温度差
Ｄ１ ＡＦ位置
ＥＦＧ １周溶接焦点ずれ予測値
ＬＴ 溶接狙いライン
4 Case body 6 Cover plate 10 Workpiece 11 Laser oscillator 12 Galvano scanner (optical system)
13 Controller 25 Z Lens 27 Protective Glass 28 AF Unit 32 Thermography 40 Laser Welding Device LB Laser Light ΔT Temperature Difference D1 AF Position EFG One Round Weld Defocus Predicted Value LT Welding Target Line
Claims (1)
前記同一の手順は、
前記光学系に対し前記ワークを位置決めすることと、
前記位置決め後に前記光学系を前記ワークに対して移動させることにより前記レーザ光を前記溶接狙いラインに対しオートフォーカスすることと、
前記オートフォーカスと同時又は前後して前記保護ガラスの温度を測定することと、
前記温度測定の後に前記レーザ溶接装置を使用して前記溶接狙いラインの一部を前記レーザ光により仮止め溶接することと、
前記仮止め溶接の後に前記保護ガラスの温度を再び測定することと、
前記仮止め溶接の前に測定された前記保護ガラスの温度と前記仮止め溶接の後に測定された前記保護ガラスの温度との温度差を算出すると共に、前記仮止め溶接の前に前記オートフォーカスしたときの前記光学系の位置と、算出された前記温度差とに基づき前記レーザ光の焦点ずれ予測値を算出することと、
算出された前記焦点ずれ予測値に基づき前記オートフォーカスを補正しながら前記レーザ溶接装置を使用して前記溶接狙いラインの全部を前記レーザ光により本溶接することと
を備えたことを特徴とするレーザ溶接方法。 A laser welding apparatus having a function of autofocusing the laser beam by moving an optical system that outputs the laser beam with respect to the workpiece is used, and the laser beam is transmitted through the output unit of the laser beam. A laser welding method comprising a protective glass and performing welding with the laser beam in the same procedure for a plurality of the workpieces while autofocusing the laser beam on a welding target line of the workpiece,
The same procedure is
Positioning the workpiece relative to the optical system;
Auto-focusing the laser beam with respect to the welding target line by moving the optical system with respect to the workpiece after the positioning;
Measuring the temperature of the protective glass simultaneously with or before or after the autofocus;
After the temperature measurement, using the laser welding device, temporarily welding a part of the welding target line with the laser beam;
Measuring the temperature of the protective glass again after the temporary welding,
A temperature difference between the temperature of the protective glass measured before the temporary welding and the temperature of the protective glass measured after the temporary welding is calculated, and the autofocus is performed before the temporary welding. Calculating a predicted defocus value of the laser beam based on the position of the optical system at the time and the calculated temperature difference;
And performing main welding of the entire welding target line with the laser beam using the laser welding apparatus while correcting the autofocus based on the calculated defocus predicted value. Welding method.
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